在构建高可用、高性能的网络服务架构时，负载均衡是不可或缺的关键技术，Linux虚拟服务器（LVS）作为一个在Linux内核层面实现的负载均衡解决方案，以其高效、稳定和开源的特性被广泛应用，NAT（Network Address Translation）模式是LVS三种工作模式之一，因其配置简单、对真实服务器要求低而成为入门和中小型场景的理想选择，本文将详细介绍在CentOS系统上配置LVS/NAT模式的全过程。
LVS NAT模式工作原理
LVS/NAT模式的核心思想是，调度器（Director）作为整个集群的入口和出口，扮演着一个智能路由器的角色，它通过修改请求和响应数据包的目标/源IP地址来实现负载分发。
其工作流程如下：
- 客户端将请求发送至调度器的虚拟IP（VIP）。
- 调度器接收到请求后，根据预设的调度算法（如轮询、加权轮询等）从后端选择一台真实服务器。
- 调度器通过DNAT（目标地址转换）技术，将请求数据包的目标IP从VIP修改为所选真实服务器的IP（RIP）,然后将数据包转发给真实服务器。
- 真实服务器处理请求后，生成响应数据包，由于真实服务器的默认网关指向调度器,响应数据包会被发送回调度器。
- 调度器收到响应后，通过SNAT（源地址转换）技术,将数据包的源IP从RIP修改回VIP。
- 调度器将响应数据包发送回客户端。
在这个过程中，客户端和真实服务器之间的通信完全由调度器代理，客户端只知道VIP的存在,对后端真实服务器集群无感知。
实验环境规划
为了清晰地演示配置过程，我们规划一个包含一个调度器、两个真实服务器和一个客户端的实验环境,网络拓扑分为外网和内网两部分。
| 角色 | 主机名 | 网卡 | IP地址 |
|---|---|---|---|
| 调度器 | lvs-director | eth0 (外网) | 168.1.10 (DIP) |
| eth1 (内网) | 0.0.10 | ||
| 真实服务器1 | rs1 | eth0 (内网) | 0.0.11 |
| 真实服务器2 | rs2 | eth0 (内网) | 0.0.12 |
| 客户端 | client | eth0 (外网) | 168.1.100 |
我们将使用168.1.100作为对外提供服务的虚拟IP（VIP），该IP地址需要配置在调度器的外网网卡eth0上。
配置步骤详解
调度器配置
调度器是整个LVS集群的核心，需要安装ipvsadm管理工具,并开启内核的IP转发功能。
安装ipvsadm：
yum install ipvsadm -y
开启IP转发：
编辑/etc/sysctl.conf文件,添加或修改以下行：
net.ipv4.ip_forward = 1保存后,执行以下命令使配置生效：
sysctl -p
配置虚拟IP（VIP）：
将VIP 168.1.100绑定到外网网卡eth0上。
ip addr add 192.168.1.100/24 dev eth0
配置iptables NAT规则：
为了让内网真实服务器能够访问外网，需要配置iptables的POSTROUTING链,进行源地址伪装。
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.0.0.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE
这条规则的意思是，所有来自0.0.0/24网段、从eth0接口出去的数据包，将其源IP伪装为eth0接口的IP。
配置LVS虚拟服务与规则：
使用ipvsadm命令来定义虚拟服务并添加后端真实服务器。
# -A: 添加虚拟服务, -t: TCP协议, VIP:端口, -s: 调度算法(rr为轮询) ipvsadm -A -t 192.168.1.100:80 -s rr # -a: 添加真实服务器到虚拟服务, -r: 真实服务器IP:端口, -m: NAT模式 ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 10.0.0.11:80 -m ipvsadm -a -t 192.168.1.100:80 -r 10.0.0.12:80 -m
保存配置：
为了防止重启后配置丢失，保存ipvsadm和iptables规则。
ipvsadm-save > /etc/sysconfig/ipvsadm service iptables save
真实服务器配置
真实服务器的配置相对简单,主要是安装Web服务并设置正确的网关。
安装并启动Web服务（以httpd为例）：
在rs1和rs2上分别执行：
yum install httpd -y systemctl start httpd systemctl enable httpd
为了便于测试,可以创建不同的首页内容：
# 在 rs1 上 echo "This is Real Server 1 (10.0.0.11)" > /var/www/html/index.html # 在 rs2 上 echo "This is Real Server 2 (10.0.0.12)" > /var/www/html/index.html
配置默认网关：
这是NAT模式配置中最关键的一步，真实服务器的所有响应流量都必须经过调度器，因此其默认网关必须指向调度器的内网IP（DIP）。
# 临时设置 route add default gw 10.0.0.10 # 永久设置 (编辑 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0) # 添加或修改 GATEWAY="10.0.0.10" # 然后重启网络服务 systemctl restart network
测试与验证
在客户端168.1.100上，使用curl命令多次访问VIP。
curl http://192.168.1.100
正常情况下，您会看到输出内容在“This is Real Server 1”和“This is Real Server 2”之间交替出现,证明请求被成功分发到了不同的后端服务器。
在调度器上,可以使用以下命令查看LVS的连接状态：
ipvsadm -L -n
输出结果会显示虚拟服务、每个真实服务器的权重以及活跃的连接数,直观地反映了负载均衡的工作状态。
相关问答FAQs
Q1: 为什么在LVS/NAT模式下，真实服务器的默认网关必须指向调度器？
A: 这是由NAT模式的工作原理决定的，当客户端请求VIP时，调度器通过DNAT将目标IP改为真实服务器的IP，真实服务器处理后，响应数据包的源IP是它自己的IP，目标IP是客户端IP，如果真实服务器的网关不指向调度器，它会尝试直接将响应包发送给客户端（或其网关），但客户端只与VIP通信，它收到一个源IP为RIP的未知响应包，会将其丢弃，导致通信失败，必须将响应包路由回调度器，由调度器进行SNAT（将源IP从RIP改回VIP）,客户端才能正常接收。
Q2: LVS/NAT模式的主要缺点是什么？它适用于什么场景？
A: LVS/NAT模式的主要缺点是性能瓶颈问题，因为所有的请求和响应流量都必须经过调度器，调度器的网络带宽和处理能力（尤其是NAT转换的开销）限制了整个集群的扩展能力，当流量非常大时，调度器容易成为瓶颈，LVS/NAT模式适用于服务器数量不多、网络流量不是特别巨大的中小型应用场景，在这些场景下，其配置简单、对后端服务器无特殊要求（无需安装特殊内核模块）的优势非常明显，对于需要处理海量请求的大型网站，通常会选择性能更好的LVS/DR或LVS/TUN模式。
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